填补世界空白!“从鱼到人”探源研究取得重大突破
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填补世界空白!“从鱼到人”探源研究取得重大突破

【环球时报-环球网 报道 记者 樊巍 邓孝慈】《环球时报》记者9月28日从中国科学院古脊椎动物与古人类研究所处获悉,近期,该所朱敏院士团队在重庆、贵州等地志留纪早期距今约4.4亿年的地层中发现“重庆特异埋藏化石库”和“贵州石阡化石库”,两项发现为我国又增添了两个世界级的特异埋藏化石库,同时还填补了全球志留纪早期有颌类化石记录的空白,首次为有颌类的崛起与最早期辐射分化提供确切证据。

重庆特异埋藏化石库化石照片 图片来源:中国科学院古脊椎动物与古人类研究所

中国志留纪早期(兰多维列世,约4.4亿年前)五种古鱼的三维复原 (自上而下黔齿鱼, 梵净山鱼, 土家鱼, 秀山鱼,沈氏棘鱼,)  图片来源:中国科学院古脊椎动物与古人类研究所

据中国科学院古脊椎动物与古人类研究所相关研究人员介绍,包括人类在内,地球上现存99.8%的脊椎动物都具有颌骨,也就是上颌与下巴。这一类脊椎动物被统称为有颌脊椎动物或有颌类。有颌类的出现与崛起被认为是“从鱼到人” 的脊椎动物演化史上最关键的跃升之一,人类的很多重要器官与身体构型都可追溯到有颌类演化之初。

然而,这一跃升具体发生在何时、何地、又是如何发生却一直是一个谜团,需要古生物学证据来回答。据了解,目前最完善的有颌类化石形成于距今约4.25亿年前的志留纪晚期,而分子钟推断的有颌类起源时间不晚于4.5亿年前的奥陶纪晚期,因此,有颌类的早期演化进程中存在一段至少绵延三千万年、横跨整个志留纪的巨大空白。古脊椎动物学巨擘阿尔弗雷德·罗美尔曾将其称为“古生物学史上一个顽固存在的重大空白”。

上述研究人员进一步指出,由于这个空白的存在,尽管我们知道有颌类在志留纪已经存在,但对它们到底长什么模样,有多大,处于什么生态位,彼此之间如何演化等问题却一无所知,甚至不能确定志留纪地层中发现的零星棘刺、鳞片是否属于有颌鱼类。化石实证的缺失使得有颌类的起源与崛起,这个脊椎动物演化史中最关键的跃升之一,过去一直笼罩在重重迷雾之中。在学术圈内,有颌类在其出现的前三千万年更是形象的被称为是一支“幽灵支系”。

据《环球时报》记者了解,近十年来,朱敏院士团队踏遍我国志留纪地层可能含鱼的二百多个地点,终于在华南志留纪早期地层中发现“重庆特异埋藏化石库”和“贵州石阡化石库”,发现大量特异埋藏保存的完整志留纪早期鱼类化石,找到了破解有颌类最初崛起与辐射分化之谜的钥匙。

其中,“重庆特异埋藏化石库”时代为约4.36亿年前的兰多维列世特列奇期,是目前世界上唯一保存志留纪早期完整有颌类化石的特异埋藏化石库,堪称“鱼类的黎明”。重庆特异埋藏化石库中发现的古鱼化石不仅数量众多、种类齐全,而且保存十分完整、精美,我们得以一窥志留纪初期脊椎动物特别是有颌类的全貌。

例如,无颌的盔甲鱼类灵动土家鱼为脊椎动物成对附肢起源提供关键化石证据;有颌的沈氏棘鱼是迄今所知最早的保存完好的软骨鱼,确证了鲨鱼是从“披盔戴甲”的祖先演化而来。而另一种有颌鱼类奇迹秀山鱼则糅合了多个盾皮鱼大类的特征,为探究有颌类生命之树根部主要类群的起源,和脊椎动物头骨演化提供了珍贵资料。

来自重庆秀山4.36亿年前的灵动土家鱼正型标本照片与素描  图片来源:中国科学院古脊椎动物与古人类研究所

蠕纹沈氏棘鱼正型标本、示意性素描和形态学重建  图片来源:中国科学院古脊椎动物与古人类研究所

奇迹秀山鱼化石及复原  图片来源:中国科学院古脊椎动物与古人类研究所

而“贵州石阡化石库”时代为约4.39亿年前的兰多维列世(志留纪早期)埃隆期最晚期。“贵州石阡化石库”含有数量多、保存好的有颌类微体化石。例如双列黔齿鱼的齿旋和新塑梵净山鱼棘刺,这些发现也让也让奥陶纪、志留纪鱼类鳞片和棘刺化石分类位置的长期争论尘埃落定。

双列黔齿鱼齿旋三维重建,侧面观   图片来源:中国科学院古脊椎动物与古人类研究所

新塑梵净山鱼膜质肩带骨  图片来源:中国科学院古脊椎动物与古人类研究所

据了解,“重庆特异埋藏化石库”和“贵州石阡化石库”的发现在古生物学史上第一次大规模展示了志留纪鱼群特别是有颌类的面貌,揭示了早期有颌类崛起的过程:最迟到4.4亿年前,有颌类各大类群已经在华南地区欣欣向荣;到志留纪晚期,更多样、更大型的有颌类属种出现并开始扩散到全球,开启了鱼类登陆并最终演化成为人类的进程。

在研究过程中,朱敏院士团队还应用了高精度CT、性状大数据分析、流体动力学模拟等新技术新方法对“重庆特异埋藏化石库”和“贵州石阡化石库”的化石开展研究,向世界首次展示出最早有颌类的牙齿、头部、身体以及偶鳍的雏形等过去完全未知的最早有颌类身体结构与解剖学信息,将很多与人类相关的解剖学结构追溯到4.4亿年前的远古鱼类,填补了“从鱼到人”演化史上缺失的最初始环节,改写了有颌脊椎动物早期演化历史的各个方面,更新了对有颌类起源与崛起的传统认知,进一步夯实了“从鱼到人”的演化路径。

据《环球时报》记者了解,这批有关有颌类起源与最早期演化的研究成果也将于9月29日以封面文章同期发表于英国《自然》杂志。

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